GENERADORES Y MOTORES

1. Los generadores de los motores en conjunto con las bateras, son la fuente de potencia elctrica primaria enuna aeronave.

2. Los generadores pueden suplir corriente alterna o corriente directa dependiendo de la necesidad particular dela aeronave.

3. Los motores elctricos, que son de AC o DC, son utilizados en la aeronave para satisfacer un amplio rangode necesidades.

4. Los generadores y los motores comparten muchas similitudes, en esta parte veremos su principio deoperacin y construccin de estos componentes indispensables en la operacin de la aeronave.

5. Tambin veremos, una breve introduccin a las fuentes de AC trifsicas, incluyendo los aspectos prcticosy tericos de su generacin y distribucin.

PRINCIPIOS DEL GENERADOR Y ELMOTOR

1. En la Parte 1 del curso, introducimos el concepto de induccinelectromagntica, que establece que se genera una EMF en lasterminales de un conductor, cuando el mismo es atravesado por unflujo magntico cambiante. Ver Fig. 4.1.

2. La cantidad de EFM e, inducida en el conductor debe serdirectamente proporcional a:

La densidad del flujo magntico B, medido en Teslas T. La longitud efectiva del conductor l, dentro del flujo magntico. La velocidad v, a la cual el conductor corta las lneas de flujo en m/s. El seno del ngulo , entre el conductor y las lneas de flujo.

La EFM inducida es dada por la formula:

1. Notemos que, si el conductor se mueve en ngulos rectos con respecto al campo magntico, se inducir lamxima EFM.

2. De manera inversa, si se mueve paralelo a las lneas de flujo, la EFM inducida ser cero.

3. La electricidad y el magnetismo, trabajan en conjunto para producir movimiento.

4. En un motor elctrico, el flujo de corriente en un conductor dentro de un campo magntico producemovimiento.

5. En un generador, se produce un voltaje cuando un conductor es movido dentro de un campo magntico.

6. Estos dos efectos, estn ntimamente relacionados el uno con el otro, y son de vital importancia en elcontexto de los sistemas elctricos de la aeronave.

GENERADOR DE AC SENCILLO

1. Pudiendo generarse un voltaje, por el movimiento deun conductor a travs de un campo magntico, es degran utilidad como esto nos provee de una formasencilla de generar electricidad.

2. Desafortunadamente, mover un conductor a unavelocidad lineal constante a travs de un campomagntico, nos presenta un problema practico,simplemente porque la potencia mecnica entregadapor los motores de la aeronave, solamente estadisponible de forma rotativa.

3. La solucin, es que utilicemos esta potencia rotativa,para rotar un conductor en forma de loop como lomuestra la Fig. 4.2.

4. El loop esta hecho, para rotar dentro de un campomagntico permanente, con polos opuestos Norte ySur a cada lado del loop.

GENERADOR DE AC SENCILLO

1. Ahora existe el problema de hacer contacto con el loop, para esto usamos un par de carbones (brushes) yunos anillos deslizantes de cobre (Copper slip rings).

2. Los carbones cargados a resorte, se mantienen presionados contra los anillos deslizantes, de manera quegaranticen todo el tiempo una va para el flujo de corriente, desde el loop hasta la carga que estconectada.

Analicemos el Generador de AC, en la Fig. 4.4 y 4.5.

Segn la formula notemos que losvalores mximos ocurren a los 90 y 270 y losvalores son cero a los 0, 180 y 360.

GENERADOR DE DC

1. Cuando conectamos a un carga ungenerador de AC, ste produce una corrientealterna senoidal, sin embargo en muchasaplicaciones preferimos una salida decorriente directa.

2. Esto se puede conseguir, reemplazando loscarbones y los slip ring con un conmutadorcomo se muestra en la Fig. 4.6.

3. El conmutador funciona como un switchrotativo inversor, el cual asegura que la EFMgenerada por el loop sea invertida despusde rotar 180, la EFM generada se muestraen la Fig. 4.7.

1. La EFM generada se muestra en la fig. 4.9 la cual es unipolar, o sea quesolamente tiene una polaridad, siendo positiva o negativa.

2. Adicionando otro loop y dividiendo el conmutador en cuatro segmentosobtenemos una corriente directa mas perfecta.

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

1. Un motor de corriente directa sencillo, es muy similar al generadorde corriente directa que vimos anteriormente.

2. Un loop de alambre de rotacin libre, es puesto dentro de uncampo magntico permanente como lo muestra la Fig. 4.10.

3. Cuando es aplicada una corriente directa al loop de alambre,aparecen dos fuerzas iguales y opuestas, las cuales actan en elconductor como lo muestra la figura 4.10.

4. Debido a que los conductores son equidistantes desde su punto depivote y las fuerzas que actan sobre ellos son iguales y opuestas,debido a esto forman un acoplamiento de fuerzas.

5. El momento de este acoplamiento, es igual a la magnitud de lafuerza multiplicada por la distancia entre ellos y este momento seconoce como torque, T.

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

1. El torque produce un momento de giro, de manera que la bobinao loop rota dentro del campo magntico, esta rotacin va acontinuar tanto como la corriente sea aplicada. Fig. 4.11.

2. El campo magntico es configurado usando el principio delsolenoide. Fig. 4.12.

3. Esta configuracin es el Field Winding, donde cada una de lasvueltas en el devanado, asiste a la otra para un campomagntico muy fuerte.

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

1. Como en el caso del generador DC, este campo puede serintensificado introduciendo un ncleo ferromagntico dentro de labobina.

2. Una vez que se aplica la corriente a la bobina, el ncleo esmagnetizado siempre que exista corriente aplicada, de manera quela bobina produce un imn permanente que tiene un polo Norte yun polo Sur.

3. Regresando al motor simple de la Fig. 4.11, sabemos que cuandose alimenta con corriente la armazn rotativa (rotor), se produce untorque, esto produce movimiento de rotacin continua, este torqueo momento de giro siempre acta en la misma direccin.

4. La corriente se invierte, cada vez que el conductor pasa entre loscampos N y S, el conmutador acta como un switch rotativo queinvierte la corriente al momento apropiado para garantizar elmovimiento rotativo continuo.

5. Sin el conmutador, el motor se movera solamente la mitad delmovimiento

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

1. En la Fig. 4.13, Cuando la bobina alcanza la posicin intermedia entre los polos (Fig. 4.13.b) no se producetorque rotacional en la bobina.

2. En esta etapa, el conmutador invierte la corriente en la bobina, finalmente en la Fig. 4.13.c, cuando lacorriente es invertida, entonces el torque del motor continan moviendo la bobina en la direccin original.

CONECCIN DE LOS DEVANADOS EN EL MOTOR DC.

1. Los inductores de campo de un motor DC, pueden ser conectados de formas diferentes de acuerdo a laaplicacin concebida para un motor en cuestin, las configuraciones posibles son las siguientes:

En Serie. En Shunt Compuesta.

1. En el motor DC en serie, el inductor de campo, es conectado en serie con la armazn rotativa, de maneraque toda la corriente que fluye en la armazn tambin fluye por el inductor de campo.

2. Esta configuracin se usa en motores que producen un gran torque de arranque a bajas velocidades, estetipo de motor es ideal para aplicaciones en las que se aplica una gran carga en reposo.

3. La desventaja de este motor, es que con cargas ligeras, la velocidad del motor puede ser excesivamentealta.

4. Por lo tanto este motor no debe ser utilizado, en situaciones donde la carga puede ser removidaaccidentalmente.

5. La configuracin se muestra en la Fig. 4.16.

1. En el motor DC en Shunt, el inductor de campo, es conectado en paralelo con la armazn rotativa, demanera que la corriente se divide entre en la armazn y el inductor de campo.

2. Esta configuracin da como resultado un motor DC que gira a velocidad razonablemente constante, sobreuna amplia variacin de cargas, pero no tiene buen rendimiento con cargas pesadas.

3. La configuracin se muestra en la Fig. 4.18.

1. En el motor DC Compuesto, estn presentes las dos configuraciones anteriores, lo cual le da la habilidadde combinar algunas de las ventajas de los anteriores

2. La configuracin se muestra en la Fig. 4.19.

HIGHLIGHTS

1. Con el fin de evitar la necesidad de un gran imn permanente en una mquina de DC (es decir, un motor ogenerador), se utilizan un devanado de campo independiente, este devanado se energiza con corrientecontinua.

2. En el caso de un generador de corriente continua, esta corriente se puede tomar de la salida del generador(en cuyo caso se conoce como generador auto-excitado) o puede ser energizado desde una fuente DCindependiente.

3. No hay ninguna diferencia real entre la construccin de un generador de corriente continua y la de un motorde corriente continua.

4. La nica diferencia significativa es que, en un generador la energa mecnica de rotacin se convierte enenerga elctrica, mientras que en el caso de un motor, convierte energa elctrica en energa mecnica.

HIGHLIGHTS

1. La salida de un generador, puede ser regulada controlando la intensidad del campo, de manera que siincrementamos la corriente en el campo, produce un incremento en la salida de voltaje.

2. Si reducimos la corriente en el campo por consiguiente reducimos la salida de voltaje.

STARTER GENERATOR

1. En algunos aviones pequeos, los starter-generator eliminan la necesidad de separar los arrancadores delmotor y el generador de DC.

2. Estos usualmente tienen, separado el devanado del campo del starter y el del generador, sin embargo el rotores comn para ambos.

3. Cuando se utiliza como starter es conectado como un motor DC series-wound, por que es capaz deproducir un elevado torque de arranque.

4. Sin embargo cuando es usado como generador, se conecta como Shunt-wound debido que produce unacorriente razonablemente constante, a un amplio rango de velocidades.

5. En condicin de arranque, el campo y el rotor son conectados en serie a la fuente de DC, por medio de unjuego de contactores, lo cual produce un torque suficiente para arrancar la turbina de una aeronave.

6. Cuando la turbina alcanza la velocidad auto sostenible, un juego de contactores desconecta la fuente y otrojuego de contactores lo configura como generador, haciendo la conexin del regulador de voltaje al mismotiempo.

STARTER GENERATOR

1. La ventaja del starter-generator, no solamente es que reemplace dos maquinas elctricas, ahorrando con estopeso y tamao, sino que adems se requiere una sola conexin mecnica entre el starter-generator y elmotor.

2. La desventaja de esta configuracin, es que la salida del generador es difcil de mantener a bajas RPM delmotor, debido a esto los starter-generator se encuentran principalmente en aviones a turbina, lo cual garantizamantener relativamente alta las RPM.

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA

1. Los generadores AC o alternadores, estn basado en el principio del generador simple de AC que vimos alinicio de esta parte 4.

2. Sin embargo en un generador AC practico, se hace girar el campo (Field), y se mantiene al conductor esttico(estator).

3. De esta manera el campo magntico es producido por el rotor, que acta como un imn permanente rotativo,esto se realiza por mltiples razones tales como:

a) El conductor es tpicamente mas liviano que el campo, siendo mas efectivo rotar el campo.b) El conductor es mas fcil aislarlo si es estacionario.c) La corriente para producir un campo magntico rotativo, es mucho mas pequea que la utilizada en el

conductor, por lo tanto los anillos deslizantes son mas pequeos y manejables.

GENERADORES DE CORRIENTEALTERNA

1. La Fig. 4.22, muestra la construccin de ungenerador de AC sigle-phase, el Stator consistede 5 bobinas de alambre muy grueso aisladasen ranuras de un ncleo laminado de altapermeabilidad.

2. Estas bobinas son conectadas en serie, parahacer un Stator con devanado simple, desde elcual se tomara el voltaje de salida.

3. El rotor de dos polos, comprende un campodevanado el cual es conectado a la fuente dealimentacin del campo, por medio de un juegode brushes y slip-rings.

4. Cuando el rotor se mueve una revolucincompleta, la tensin de salida completa un ciclocompleto de onda sinusoidal, como se muestraen la figura. 4.23.

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA

1. Si se adicionan mas pares de polos a la configuracin mostrada en la Fig. 4.22, es posible producir muchosciclos en el voltaje de salida con una sola revolucin del campo rotor, la frecuencia del voltaje de salida paraun generador AC es dada por:

Donde f es la frecuencia del voltaje en Hz, p es el numero de pares de polos y N es la velocidad de rotacinen RPM.

Ejemplo 1

1. Un alternador produce una frecuencia de salida de 60 Hz, si este usa un rotor de 4 polos, determine lavelocidad a la cual el eje debe ser movido.

HIGHLIGHTS

1. En un generador de AC practico, la excitacin del campo magntico es realizada en el rotor, sin embargo elconductor est estacionario (Stator), siendo este el que entrega el voltaje de salida.

GENERADOR DE AC DE DOS FASES

1. Adicionando un segundo devanado estator, a un generador de AC defase simple como en visto anteriormente, podemos hacer un alternadorque produce dos salidas de voltaje separadas, las cuales difieren enfase 90, esta configuracin la conocemos como generador de AC dedos fases.

2. Si comparamos un generador de fase simple de similar tamao, con unode dos fases el segundo produce mas potencia, la razn se atribuye aque el generador de dos fases debe producir dos pulsos positivos y dosnegativos por giro, a diferencia del de simple fase que solo produce unopor giro.

3. De esta manera en un generador AC multifase, entrega una salida depotencia mas uniformemente distribuida, lo que resulta en una mayoreficiencia.

GENERADOR DE AC TRIFASICO

1. El generador trifsico, tiene tres devanados estatores individualescomo lo muestra la Fig. 4.26, el voltaje de salida producido por elgenerador esta espaciado 120 como lo muestra la Fig. 4.27, cadafase puede alimentar una carga independiente.

2. Tambin puede ser usado, para alimentar un sistema de distribucintrifsico como el descrito en la siguiente seccin de este curso.

3. En un sistema trifsico practico, las salidas de voltaje son identificadaspor los colores rojo, amarillo y azul, o por las letras A, B y Crespectivamente.

GENERACION Y DISTRIBUCION TRIFASICA

1. Cuando se distribuyen fuentes trifsicas, existen dos mtodos bsicos de conexin:

En estrella. Fig. 4.28. En delta. Fig. 4.29.

GENERACION Y DISTRIBUCION TRIFASICA

1. Un sistema completo de distribucin trifsico en estrella, es mostrado en la Fig. 4.30, sta muestra ungenerador de AC trifsico, conectado a una carga trifsica.

2. Idealmente las cargas deben estar balanceadas, o sea que las tres resistencias o impedancias de cargadeben ser idnticas.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

1. Los motores de corriente alterna, ofrecen ventajas significativas sobre sus contrapartes de corriente directa,los motores de AC en muchos casos pueden duplicar la operacin de los motores DC, y sonsignificantemente mas confiables.

2. La principal razon, es que el conmutador en los motores DC inherentemente problematicos, por otro lado enlos motores de AC, la velocidad depende de la frecuencia aplicada al mismo, debido a esto los motores ACse comportan mejor para aplicaciones de velocidad constante.

3. Los motores AC, se clasifican generalmente en dos tipos:

Motores sincronos. Motores de induccion.

El motor sincronico, es efectivamente un generador AC (alternador) operado como un motor, en esta maquinase aplica AC al Stator y DC a rotor.

El motor de induccion, es diferente ya que al rotor no se conecta ninguna fuente de AC o DC.

De estos dos tipos de motores AC, el motor de induccion es por mucho el mas utilizado.

PRODUCIENDO UN CAMPO MAGNETICOROTATIVO

1. Antes de que vayamos ms lejos, es importante entender cmo seproduce un campo magntico giratorio. Miremos la Fig. 4.33 la cualnos muestra un stator trifasico al cual se le aplica una corriente alternatrifasica.

2. Los devanados son conectados en configuracion delta, como lomuestra la Fig. 4.34.

3. Es importante notar que los devanados (diametralmente opuestos),son arrollados en la misma direccion.

4. En cualquier momento el campo magnetico generado por una fase enparticular, depende de la corriente que atravieza la fase, si la corrientees cero el campo magnetico es cero, y si la corriente es maxima elcampo magntico sera maximo.

5. Como las corrientes en los devanados esta desfasadas 120 una deotra, el campo magnetico generado estara desfasado 120 tambien.

PRODUCIENDO UN CAMPO MAGNETICO ROTATIVO

1. Los tres campos magneticos existentes en cualquier instante, se deben combinar para producir un campomagnetico que actue sobre el rotor.

2. O sea que los campos magneticos dentro del motor, se deben combinar para producir un campo magneticomovil, de manera que cuando finalice un ciclo de corriente aplicada, el campo magnetico debe haber girado360 o sea una revolucion completa.

HIGHLIGHTS

1. Si se instalan tres devanados en una carcasa estatora, y se les aplica una corriente AC trifasica, los camposmagneticos generados en cada devanado, se conbinan en un campo magnetico que rota.

2. En todo momento, estos campos se combinan entre si para producir un campo resultante que actua sobre elrotor, el rotor gira porque el campo magnetico gira.

MOTOR SINCRONICO

1. Ya vimos como se produce un campo magntico rotativo, por consecuencia de la aplicacin de una corrientealterna a las bobinas del estator.

2. Si el devanado del rotor se energizara con DC, este actuaria como un imn el cual rotaria en sinfona con elcampo rotativo del estator.

3. La velocidad de rotacin del campo magntico, depende de la frecuencia de la fuente trifsica de AC, la cualdebe mantenerse constante para que el rotor mantenga una velocidad constante.

4. Por lo tanto la velocidad de rotacin se mantendr constante, sin importar la carga aplicada, para muchasaplicaciones esta es una caracterstica deseable. Sin embargo, una de las desventajas del motor sincrnicoes que, no puede ser arrancado simplemente aplicndole corriente alterna trifsica al estator.

5. La razn de esto es que, en el instante que se aplica la corriente trifsica al estator, aparece un campomagntico rotativo de alta velocidad, este campo rotativo atraviesa los polos del rotor de tal manera que notiene oportunidad de rotar, ya que es repelido en una direccin y luego en la otra.

MOTOR SINCRONICO

1. Otra forma de expresar esto, es simplemente que el motor sincrnico en su forma pura, no tiene torque dearranque.

2. En su lugar, se arranca normalmente con la ayuda de un pequeo motor de induccin (o con arrollamientosequivalentes a ste, incorporado en el motor sncrono).

3. Cuando el rotor ha sido acercado a la velocidad sncrona mediante el dispositivo de arranque, el rotorenergizado mediante la conexin a una fuente de voltaje DC, de esta manera el rotor, alcanza el paso alcampo rotativo del estator.

4. El requerimiento de tener una fuente externa de DC para excitarlo, hace no muy atractivo este tipo de motor.

HIGHLIGHTS

1. El motor sincrnico es llamado de esta manera, porque el rotor es sincronizado con el campo rotativogenerado por el estator.

2. Su construccin es esencialmente la misma de un simple generador AC (alternador).

3. Los motores sncronos no son auto-arranque, ya que deben ser llevados cerca de la velocidad sincrnicaantes de que puedan seguir girando por s mismos.

4. En efecto, el rotor queda congelado por su incapacidad para responder al campo magntico cambiante.

MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION

1. El motor de induccin deriva su nombre, del hecho que se inducencorrientes AC en el rotor, por medio del campo magntico rotativo delestator.

2. La construccin del estator del motor de induccin y del motor sincrnicoson casi idnticas, pero la construccin de sus rotores es completamentediferente.

3. El rotor del motor de induccin, es un cilindro laminado con ranuras en susuperficie, los devanados ubicados en las ranuras pueden ser de dos tipos.

4. El mas comn, es el llamado construccin de jaula de ardilla (squirrelcage), que es hecho de barras de cobre gruesas, conectadas unas conotras en sus extremos a un aro de metal hecho de cobre o latn.

5. No se necesita ningn aislamiento entre el ncleo y las barras, debido a losvoltajes muy bajos generados en las barras del rotor.

6. La separacin entre el rotor y el estator, debe mantenerse muy pequeapara as obtener la mxima fuerza del campo.

MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION

1. El otro tipo de devanado, contiene bobinas ubicadas en las ranuras del rotor,debido a esto el rotor se llama rotor bobinado (wound rotor).

2. El rotor usualmente tiene mas de un conductor, y el estator usualmente tienemas de un par de polos por bobina como lo muestra la Fig. 4.37.

3. Sin importar el tipo de construccin del rotor, el principio bsico de operacinde un motor de induccin es el mismo.

4. El campo magntico rotativo generado en el estator induce una EFM en elrotor.

5. La corriente causada por la induccin de la EFM en el circuito del rotor,produce un campo magntico en el mismo, los dos campos magnticosinteractan y eso causa que el rotor gire.

6. La Fig. 4.38 muestra como el rotor se mueve en la misma direccin delcampo magntico rotativo generado por el estator.

HIGHLIGHTS

1. Alternadores tipo automotrices se instalan normalmente en la aviacin general y avionetas, para superar lasdeficiencias de los generadores de corriente continua.

2. Los aviones ms grandes utilizan generadores de corriente alterna sin carbones..

MOTORES DE INDUCCION SIMPLE Y DE DOS FASES

1. En el casa del motor de induccin de dos fases, se colocan dos devanados en ngulo recto uno del otro,debido de excitacin de estos devanados con corriente, la cual est desfasada 90 , se puede crear un campomagntico giratorio.

2. Un motor de induccin monofsico, por otra parte, tiene slo una fase.

3. Este tipo de motores son ampliamente utilizados, en aplicaciones donde se requiere motores pequeos debaja potencia.

4. La ventaja obtenida mediante el uso de motores monofsicos, es que los motores pequeos son menos carosde fabricar que otros tipos. Tambin eliminan la necesidad de un suministro trifsico.

5. Los motores de fase simple, son usados en comunicaciones, ventiladores herramientas porttiles, etc. debidoa que la corriente de fase simple aplicada al devanado del estator es pulsante, los motores de induccin defase simple, desarrollan un torque pulsante.

6. Son, por tanto, son menos eficientes que los motores trifsicos o de dos fases, en los que el torque es msuniforme.

MOTORES DE INDUCCION SIMPLE Y DE DOS FASES

1. Los motores de fase simple tienen solamente un devanado estator, este devanado genera un campo que sealterna a lo largo del eje del devanado simple, provocando que el campo rote.

2. Cuando el rotor esta estacionario, la expansin y colapso del campo del estator, induce corriente en el rotor, loque genera un campo en el rotor.

3. La oposicin de estos campos, ejerce una fuerza en el rotor que lo hace girar 180 de su posicin.

4. Sin embargo, esta fuerza es ejercida a travs del centro del rotor y el rotor no girar a menos que se aplicauna fuerza con el fin de ayudarla.

5. Por lo tanto se requiere un medio de iniciar el arranque, para todos los motores de induccin fase simple.

HIGHLIGHTS

1. Los motores de induccin esta disponibles en diseo trifsico, bifsico y monofsico.

2. El estator trifsico, es exactamente el mismo que el estator del motor sincrnico.

3. El estator del motor bifsico, genera un campo rotativo debido a que tiene dos devanados dispuestos 90 unodel otro.

4. Si el voltaje aplicado a los dos devanados, esta desfasado 90 uno del otro, se deber generar un camporotativo.

5. Un motor de induccin monofsico, tiene solamente un devanado estator, debido a esto el campo magnticogenerado no rota.

6. El motor de induccin monofsico con un solo devanado en el estator, no puede arrancar por si solo,

7. Una vez que el rotor empieza a girar, seguir girando hasta obtener velocidad. Un campo aparece en el rotorel cual esta 90 fuera de fase con el campo del estator.

8. Estos dos campos juntos producen un campo giratorio que mantiene el rotor en movimiento.

ARRANQUE CON CAPACITOR

1. En un motor de induccin diseado para arrancar con capacitor, el estator consiste de un devanado principal yun devanado de arranque, el cual esta conectado en paralelo con el principal y espaciado a ngulo recto aeste.

2. Se obtiene una diferencia de fase entre la corriente de los dos devanados, conectando un capacitor en seriecon el devanado auxiliar.

3. Se adiciona un switch, solamente con el propsito de aplicar corriente al devanado auxiliar para arrancar elrotor. Fig. 4.41.

ARRANQUE CON CAPACITOR

1. En arranque el switch esta cerrado, poniendo el capacitor en serie con el devanado auxiliar. El condensadores de un valor tal, que el devanado auxiliar es efectivamente un circuito resistivo-capacitivo en el que lacorriente se adelanta al voltaje aproximadamente 45 .

2. El devanado principal, tiene suficiente inductancia para hacer que la corriente se retrasarse del voltajeaproximadamente 45 . Los dos campos estn por tanto fuera de fase aproximadamente 90.

3. En consecuencia, los campos generados estn tambin en un ngulo de 90 . El resultado es un campogiratorio que es suficiente para iniciar el giro del rotor.

4. Despus de un corto periodo, cuando el motor esta girando a una velocidad cercana a la normal, el switch seabre y corta la corriente al devanado auxiliar, en este punto el motor funciona como un motor de induccinordinario monofsico.

5. Sin embargo el motor de induccin de dos fases es mas eficiente que el monofsico., si se desea se puedemantener la corriente en el devanado auxiliar, para que el motor trabaje como un motor de dos fases.

SISTEMA DE GENERACION PRACTICO DEL AVION.

1. Los generadores son una fuente de potencia primaria en la aeronave, y puede producir corriente alterna odirecta (DC o AC) segn se requiera.

2. Estos son movidos por una faja en los aviones pequeos y por la gear box en los motores y APU de losaviones grandes.

3. Los generadores, deben entregar suficiente potencia para alimentar las cargas del avin y cargar la batera.Muchos equipos de avinica, requieren fuentes de alimentacin estables y reguladas, dependiendo de sufuncin.

4. La salida del generador es afectada por el calor interno del mismo, por lo que tiene que ser disipado, losmtodos de enfriamiento incluyen la disipacin de calos por medio del cuerpo del generador, sin embargo esinadecuado para generadores de alta potencia.

5. Debido a esto en muchos sistemas, se dirige aire de impacto hacia adentro del generador, en algunasinstalaciones como los helicpteros, se provee al generador de un ventilador , para cuando el helicptero estaen vuelo estacionario.

6. Sabemos por la teora, que la salida del generador depende de la velocidad de giro del eje, por lo que serequiere una manera de regular la salida del generador hacia la bus, esto se logra con proteccin poroverload.

EL GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA

1. Los generadores de DC no son muy comunes en los aeronaves modernas, debido a su baja razn peso-potencia, pobre rendimiento a bajas RPM y alto costo de servicio.

2. Lo ultimo es debido, a la necesidad de inspeccin y servicio al conmutador y los carbones de maneraregular, siendo esta el rea de contacto que conduce la corriente total de la carga.

3. Los carbones son porosos y absorben sustancias incluyendo humedad, esto requiere la necesidadinherente de lubricacin, a grandes alturas la atmosfera es muy seca, lo que lleva a un gran desgaste delos carbones.

4. Sin lubricacin se generan arcos elctricos y cargas estticas internas, esto acelera el desgaste de loscarbones, por lo que se deben poner aditivos lubricante en los carbones y el conmutador.

5. Esto conlleva tiempo para crear la proteccin suficiente, ya que los carbones deben girar muchas horashasta que se forme la capa lubricante protectora.

6. La alternativa es lubricacin incorporada, la que se consume como parte del desgaste natural del carbn.

HIGHLIGHTS

1. Alternadores tipo automotrices se instalan normalmente en la aviacin general y avionetas, para superar lasdeficiencias de los generadores de corriente continua.

2. Los aviones ms grandes utilizan generadores de corriente alterna sin carbones..

ALTERNADORES

1. Los alternadores automotrices, comprenden de unrotor un estator y un paquete rectificador, el rotorcontiene la bobina del Field dispuesta en seissecciones alrededor del eje, cada seccin forma unpolo el cual es alimentado va carbones y anillodeslizante.

2. El alternador no tiene magnetismo residual, debido aque el Field es excitado por una fuente de DC.

3. Cuando es energizado, los polos del rotor producenpolos norte y sur, cuando estos polos son giradosinducen corriente en los devanados del estator,debido a que estos estn arrollados 120 uno delotro, producirn una corriente trifsica de AC.

4. La salida de AC es alimentada hacia un paqueterectificador de seis diodos de alta corriente, queproducen una salida de DC.

ALTERNADORES

1. Los alternadores descritos anteriormente se basan en los anillos colectores y carbones, pero con carga decorriente reducida.

2. Los anillos colectores y carbones, requieren mantenimiento en taller lo que conlleva una carga econmicaasociada.

3. El generador sin carbones (brushless generator), es un dispositivo ms complejo, pero se incrementasignificativamente la confiabilidad, y se reducen los requisitos de mantenimiento.

4. Un diagrama esquemtico del generador sin carbones se muestra en la Fig. 4,46; el dispositivo se puededividir en tres secciones principales:

a) Generador de imn permanente.

b) Campo rotativo.

c) Salida trifsica.

ALTERNADORES

1. El generador de AC utiliza unaconfiguracin sin carbones, basado enun rectificador rotativo y un generadorde imn permanente (PMG).

2. La salida del rectificador del PGM, sealimenta al regulador de voltaje el cualprovee corriente al devanado delexcitador primario del campo, el cualinduce corriente al devanado del rotortrifsico.

3. La salida de este devanado produceuna salida de DC pulsante, la cualalimenta al devanado del camporotativo. Es importante notar que elsistema de excitacin es parte integraldel rotor y que no tiene conexinelctrica entre el rotor y estator.

ALTERNADORES

1. La salida del generador trifsico principal, es enviada atravs de transformadores de corriente (currenttransformers), uno para cada fase, los cuales monitoreanla corriente de carga en cada lnea, un transformador decorriente adicional puede estar presente en la lneaneutral para detectar una condicin de desbalance.

2. Cuando la carga esta desbalanceada, una corrienteconsiderable fluir por la conexin neutral del generador.

3. La salida del generador alimenta a los sistemas delavin, pero tambin alimenta un regulador de voltaje deestado solido, este rectifica la salida de AC y enva unaDC regulada al devanado estator del excitador de campodel PMG.

4. El regulador mantiene la salida del generador a 115 VAC,el cual esta contenido normalmente en una generatorcontrol unit (GCU), de la cual hablaremos en la parte 7del curso.

ALTERNADORES

1. Aunque el regulador controla el voltaje de salida del generador, su frecuencia varia dependiendo de la rotacindel eje.

2. Una fuente de alimentacin con frecuencia variable, es conocida como fecuency wild, la cual es aceptable paraalimentar cargas resistivas como los de-icers, pero no para motores de induccin los cuales requierenfrecuencia constante, tales como fuel pumps e instrumentos giroscpicos.

3. Adems sabemos que ciertas cargas son diseadas para una eficiencia optima especficamente a 400 Hz,como los cooling fans.

4. Una frecuencia constante se obtiene de dos maneras, controlando la velocidad del eje usando un CSD ocontrolando la frecuencia de salida del generador electrnicamente (variable speed constant frecuency).

CSD/IDG

1. El CSD es un dispositivo electromecnico instalado en cada motor, el eje de entrada est conectado a la gearbox y el eje de salida esta conectado al generador,

2. El CSD se basa en una unidad de relacin variable, que emplea una serie de bombas hidrulicas y losengranajes diferenciales. Los CSD se pueden desconectar del motor a travs de un embrague, ya seamanualmente o automticamente. Notemos que solamente es posible conectar el embrague en tierra.

3. Los aviones comerciales modernos, emplean una combinacin de CSD y un generador de AC, el cual seconoce como integrated drive generator (IDG).

4. Las caractersticas tpicas son una velocidad variable de entrada de 4500 a 9000 RPM y una velocidad desalida constante de 12000 150 RPM.

5. El IDG en los aviones comerciales es enfriado por aceite oil cooled y producen una salida de 115/200 VAC,400 Hz trifsica, 90 kVA.

VARIABLE SPEED CONSTANT FRECUENCY

1. El CDS y IDG son complejos, tienen una gran cantidad de dispositivos electromecnicos, los avances en latecnologa de semiconductores, ha facilitado el desarrollo de productos de estado solido que pueden convertirfrecuencias variables a fuentes de 115/200 VAC 400 Hz trifsicas.

2. Los sistemas VSCF estn compuestos por un generador y un convertidor de potencia, el generador de AC esconectado al gear box, la salida de voltaje y la frecuencia varan de acuerdo a las RPM del motor.

3. La gear box incrementa la velocidad del generador a razn de 1:3, produciendo una frecuencia de salidavariable de 1300 a 2500 RPM.

4. La salida trifsica del VSCF es rectificada en onda completa, para producir una salida de 270 VDC, esta DC esalisada y filtrada por grandes capacitores y es enviada a un inversor que produce una salida de ondacuadrada.

5. El inversor convierte la DC en una forma de onda trifsica modulada por ancho de pulso (PWM), de estamanera se convierte en una salida de onda senoidal, estas salidas son convertidas en AC por circuitoselectrnicos.

6. La etapa final de salida, es monitoreada por transformadores de corriente e interferencia electromagntica(CT/EMI).

VARIABLE SPEED CONSTANT FRECUENCY

1. Dentro del generator control unit (GCU) un generator control relay (GCR) energiza el Field, este circuito puedeser desconectado por el piloto o automticamente bajo una condicin de falla.

2. La VSCF generator conversion control unit (GCCU), puede estar integrada con el generador en el motor opuede estar localizada en el avin (pesa aproximadamente 65 kg).

3. Esta ltima disposicin tiene la ventaja de hacer mas reducidos los accesorios del motor; esto significa unanacela con mejor perfil. Adems, los componentes electrnicos pueden estar situados en una zona contemperatura y vibracin reducida.

4. El sistema VSCF es mas confiable comparado con el CSD o IDG, debido a que tiene pocas partes mviles, laspartes mviles del sistema consisten el rotor del generador y una bomba de aceite para enfriamiento.

5. Este sistema puede ser usado como fuente primaria o secundaria, debido a que la salida es de 110 kVA, estatecnologa es posible por diodos y transistores de alta potencia capaces de manejar corrientes de hasta 500 A,los cuales forman el corazn de los circuitos rectificador y de conversion del GCCU.

6. El sistema tiene una bomba de aceite montada en el eje del generador, la cual circula aceite a travs delsistema, esta aceite es pasada por el heat exchanger, es monitoreada cuidadosamente y puede serchequeada por un sight glass en tierra.